2008-03-07掲載 |
量子の世界はいったいどうなっているのか？
その集大成が、
「量子力学」と呼ばれる学問です。
今回は、それを「おさらい」する
ってタイトルを付けてしまいました。
「量子力学」を勉強すれば、
量子がどんなふうに存在していて、
それらをどう理解したらいいのか？
がわかるはず。
ごくごくかいつまんでいきますので
もうほんと、ゴクッとどうぞ。
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いやあ、なんだかだんだん
思いだしてきたぞ。
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何をですか？
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物理や数学って、
わかったかと訊かれたあとに
必ず「問題」っていうのがあって
要するに理解するだけじゃなくて
「問題」ができないとだめなんですよね。
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？？？
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ね？
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うーん。
でもたいがいの場合、問題を解くほうが
本当に理解するよりも易しくないですか？
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えええ？
“ご冗談でしょう、リョーシカさん”
ま、とにかく量子力学をおさらい
ってことで、行きますよ。
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はい。
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量子力学は、1900年のプランクから
始まって（第11週を参照）、
アインシュタイン、ボーア、
ハイゼンベルク（第13週）、
シュレーディンガー（第18週）、
といったたくさんの物理学者によって
作りあげられていきました。
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第11週より、プランクの「とびとびの値」
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はい。「前期量子論」ですね。
19世紀の終わりに、物質の世界を
すべて説明するかに思われた物理学が
地味な課題をほんの少し残していた。
それを説明しようとして、
まったく考え方の違う、
新しい物理学が誕生したんですね。
考え出した本人たちが理解するのに
かれこれ20年ぐらい必要だった。
そのくらいに常識と隔たった、
新しいアイデアだったと言えるでしょう。
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ふむむ。
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量子力学の特徴を挙げてみましょうか。
・とびとびの値をとる（第11週）
・波であり、粒子である（第4週、他）
・ミクロの世界を支配する法則（第6週）
・シュレーディンガーの波動方程式で表せる
（第18週）
・測定によって対象の状態が変わってしまう
（第15週）
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第4週より、波と粒子（写真はイメージです）
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うわー、なるほど。
改めて眺めてみると、
確かに、どれもそんな話、ありましたよ。
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それから、主に20世紀に
発達した量子力学に対して
ニュートンに代表される、それ以前の
力学のことを古典力学といいます。
では、──ここで問題です。
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あれれ？ やっぱり問題ですか！
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これらの「量子力学」の特徴に対応する
古典物理学（力学）の特徴を挙げたら、
どのようになると思いますか？
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うーん、それはですね。
たぶん、反対のことを言えばよさそう。
古典物理学の場合
・連続した値をとる
・物質の性質は大きく波と粒子がある
・マクロの世界を支配する法則
・ニュートンの運動方程式で表せる
・測定によって対象は変化しない
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すごいじゃないですか。その通りです。
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やったあ！
でも4番目のシュレーディンガーの
波動方程式というのは
どういう話でしたっけ？
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まず、粒子のような物質が
動いている場合に、一定時間後、
それがどこにあるかを求めるのが、
ニュートンの運動方程式でした。
ある物の最初の位置と
それがどういう速度で進んでいるかが分かれば、
ニュートンの運動方程式を使って
その軌道を求めることができる。（第12週を参照）
一方、量子力学では、一定時間後の
物の位置を予測することはできません。
物の位置は、ここにも、あのあたりにも
同時に存在するという状態に変化してしまいます。
その様子を数学的に表現したものが
シュレーディンガーの波動方程式です。
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第12週より。ここにもあそこにも同時に存在する、量子的な状態
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この「ここにもあそこにも同時に存在する」
っていうのが、なかなか難しいなあ。
だけど、それだけじゃなく「とびとびの値」で
「波でもあり粒子でもある」あげく、
「測定よって状態が変化」するんでした。
ほんっとに「かいつまみ」ましたけれども
……量子のふしぎさは、かえって濃縮!?
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はい。今週はこれにて。
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お、ちょっと！ 
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（つづく）
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猫でもわかる量子力学超入門!?
といった趣向でお届けしましたが
いかがでしたでしょうか。
このようにまとめてみると
量子的な考え方が
かなりユニークな土台のうえに
成り立っている、ということが
改めて感じられるのではないでしょうか。
それにしても、量子というのは
人間にとっておよそ新しい考えなのですから、
おさらいしたからって仕舞い込まずに、
その新しいルールを使ってみたら
何かできないだろうか──。
と、おいおいそんな話も
採り上げていきたく思っておりますよ。
というわけで、
来週もリョーシカ！な展開を
どうぞおたのしみに。
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